深度解讀木材幹燥知識

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什麼叫木材幹燥？

木材中含有一定數量的水分。木材中水分的多少隨着樹種、樹齡和砍伐季節而異。爲了保證木材與木製品的質量和延長使用壽命，必須採取適當的措施使木材中的水分（含水率）降低到一定的程度。要降低木材的含水率，須提高木材的溫度，使木材中的水分蒸發和向外移動，在一定流動速度的空氣中，使水分迅速地離開木材，達到乾燥的目的。爲了保證被幹木材的質量，還必須控制乾燥介質（如目前通常採用的溼空氣）的溼度，以獲得快速高質量地乾燥木材的效果，這個過程叫做木材幹燥。由於上述方法是利用對流傳熱方式，從木材的外部外熱乾燥的方法，所以，又稱爲對流乾燥。概括地說木材幹燥就是水分以蒸發或汽化的方式由木材中排出的過程。

木材幹燥的意義有哪些？

木材具有較小的密度和較大的強度（品質係數較高），耐酸鹼腐蝕，絕緣性能較好，易於切削，紋理和色澤美麗等優良性質。在建築、機械、車輛、船舶、紡織、農具、傢俱、樂器、航空等國民經濟的各部分都需要使用大量的木材。但是，用未經乾燥的木材製成的產品不能保證質量的，所以必須對木材進行乾燥處理。

木材經過乾燥處理以後，可以取得以下幾方面的效果。（1）提高木材和木製品使用的穩定性。木材長期暴露在空氣中會發生溼脹和幹縮現象，而木材的不均勻的溼脹幹縮，往往會引起木材開裂和變形，影響使用，造成浪費。若用溼的木材或沒有乾燥好的木材製造產品（如門窗、地板、傢俱等）時，剛剛做好時好像不錯，可是經過一段時間後，隨着木材的變幹就會發生門框歪斜、地板翹曲、接榫鬆脫或板面開裂等現象，造成很大的損失。生產單位若在使用前，將木材幹燥到使用要求的含水率，就可以保證木製品結構的穩定性，使之外形美觀、經久耐用。

（2）提高木材和木製零件的強度，當木材含水率低於纖維和飽和點時，木材的強度將隨着木材含水率的降低而提高。經過乾燥後的木材，可以改善切削加工條件，提高木結構零件的強度、膠接強度與木製品的表面裝飾質量。木材的導熱性質與導電性質是隨着它的含水率的改變而改變的，要提高木材的保溫性與絕緣性，也需要用降低含水率的辦法來減小導熱性與導電性。

（3）預防木材的貶質和腐朽。溼木材如果長時間堆放在露天空氣中，若不採取適當的措施，往往會發生腐朽或遭蟲害。當木材含水率降低到20%以下時，可大大減少菌類和害蟲的侵害與破壞。所以，一般在生產單位，把木材幹燥到含水率8-15%左右。這樣不僅保證了木材的固有性質和強度，而且也提高了木材的抗腐蝕能力。

（4）減輕木材的重量。新砍伐的木材，其含水量甚至超過了本身的重量，經過短期存放、自然乾燥後，它的含水量仍然很高。木材經過室幹後，其重量可減輕約30-50%，有利於提高車輛的運載能力。總之，經過乾燥的木材，可以保證木材製品的質量，改善木材的使用性能，延長使用年限，從而節約了木材。多年來的實踐證明，木材幹燥在生產上是不可缺少的過程，在科學上已成爲專門的學科。

什麼叫室幹法？有什麼特點？

木材在建築結構（如磚混凝土結構或鋼筋混凝土結構）或金屬結構的乾燥室內，人工控制和調節乾燥介質（空氣、過熱蒸汽等）的溫度、溼度和氣流循環速度，利用對流等傳熱傳溼的作用，對木材進行乾燥的方法，叫做室幹法。

利用乾燥室對木材進行乾燥處理是人工乾燥的最基本的形式，也是目前國內外木材加工工業中應用最普遍的乾燥木材的方法。這種乾燥方法具有以下特點：（1）需要建造乾燥室或較大的金屬結構設備，但佔地面積比氣幹場地少。

（2）必須配置供熱和供電的設備。

（3）乾燥木材的生產週期短，容易保證木材加工全過程的連續性。

（4）木村的乾燥程度不受自然條件、地區、季節和樹種的限制，可根據要求獲得任何程度的最終含水率。

（5）具有較成熟的乾燥理論和工藝技術，能保證乾燥質量。

（6）乾燥設備的結構並不太複雜，使用安全可靠，不管那種類型的木材幹燥室，只要按設計要求建造和定期維修保養，一般均可使用15年以上。

木材幹燥的基本原則是什麼？

木材幹燥的基本原則是在保證乾燥質量的前提下提高幹燥速度，節約能源消耗，降低乾燥費用。

乾燥質量是指：必須使被幹木材的含水率及乾燥均勻度能滿足加工工藝的要求；還必須保持木材的完整性、不發生工藝規範所不容許的缺陷，不削弱木材及其製品所應有的性質。

乾燥速度是指：在單位時間內木材含水率降低的程度。乾燥速度越快（或乾燥週期越短），所需要的乾燥設備與投資越少，生產率也就越高，乾燥費用越少。

生產上選用乾燥設備時，應根據被幹木材的樹種、規格、數量、用途和生產單位的現實條件等。對於現代化木材幹燥室要求在工藝上能保證乾燥介質的溫度、溼度和氣流速度、堆裝的被幹成材所受到的外部條件基本相同，以達到均勻乾燥的目的，在操作上要安全可靠、控制靈活、工人的勞動強度小。設備投資少、佔地小、見效快，節約能源，同時還應儘可能地減少對周圍環境的污染。

木材幹燥的基本原理是什麼？

木材中的水分主要有自由水和吸着水兩種。存在於由細胞腔組成的大毛細管系統內的水分叫做自由水，它的增減隻影響木材的重量，而不影響木材的性質；存在於細胞壁組成的微毛細管系統內的水分叫做吸着水，它的變化，不僅能使木材產生收縮和膨脹，而且也將影響木材的其他物理力學性質。

木材幹燥就是要排除木材中的自由水和吸着水，以適應不同的用途和質量要求。乾燥木材的方法雖然有多種，但基本原理是共同的，即利用沿木材厚度上的含水率梯度，以及在加熱後形成的內部大、外部小的水蒸汽分壓力差，促使水分以液態和汽態兩種形式連續地由內部向外部移動，並通過木材表面向外界蒸發；內部的水分移動強度應與表面的水分蒸發強度協調一致，使木材由表及裏均衡地變幹。

傳統的蒸汽乾燥室，它的乾燥過程是：先使高溫度（100℃以下）和高溫度（飽和或接近飽和）的溼空氣在循環流動中不斷地穿過材堆，對木材預熱。當木材及其水分被加熱到一定程度後，按乾燥基準的規定，降低介質的溫度和相對溼度，迫使木材中的水分從表面蒸發，這是乾燥開始。然後按照乾燥基準規定的程序，逐步提高介質的溫度及降低相對溼度，使木材中水分的蒸發面逐漸移向內部，直到乾燥結束。在乾燥過程中，應能消除或減輕內應力、開裂和變形，不降低木材的物理力學性質，以保證乾燥質量。

什麼叫乾球溫度？什麼叫溼球溫度？

在木材幹燥生產中，經常需要測定空氣的相對溼度，簡稱溼度。測定空氣溼度的儀器是溼度計。

通常採用的溼度計是由兩支經校正的溫度計組成的。一支溫度計的水銀球外而包着紗布，紗布下面浸在清潔水裏，另一支溫度計的水銀球不包沙布。水銀球包着溼紗布的溫度計叫做溼球溫度計，用它測得的溫度叫做溼球溫度，用t溼表示；水銀球沒有包紗布的溫度計叫做乾球溫度計，用它測得的溫度叫做乾球溫度用t幹表球。

當空氣溼度較小時，包在溼球外的紗布中所含的水分要向空氣中蒸發。水分蒸發時從溼球吸取熱量，使得溼球溫度小於乾球溫度，也就是小於空氣的溫度。乾球溫度和溫球溫度之間的差值，叫做溼度計差，或稱幹、溼球溫度差，因其關係到蒸發能力，所以也可把溼度計差的數值乾燥勢，即：ε=t幹-t溼。

空氣越幹、溼度計差的數值越大，空氣容納水蒸汽的能力越強，溼木料中的水分蒸發越快。反之，空氣越溼、溼度計差的數值越小，空氣容納水蒸汽的能力越弱，溼木料中的水分蒸發的就越慢。當空氣完全被水蒸汽所飽和時，溼度φ=100%，乾球溫度和溼球溫度相等，溼度計差的數值爲零，此時，溼木料中的水分停止蒸發或空氣和木材表面水蒸汽處於動平衡狀態。

在木材幹燥生產中，空氣的溼度數值可在根據乾球溫度t乾和溼度計差兩個數值制定的溼度表上查得。

示例：在強制循環乾燥室內，溼度計上的兩個讀數分別爲t幹=76℃，t溼=72℃，確定此狀態下空氣的相對溼度。

解：先計算出溼度計差：ε=t幹-t溼=76-72=4（℃）

根據溼度計差爲4℃，乾球溫度t幹=76℃，在溼度表中可查得此時空氣溼度，即：φ=83%

什麼叫木材的含水率？

木材中水分的含量，叫做含水率，或稱含水量。用水分的重量對木材的重量之比的百分率（%）表示。

木材的含水率有二種表示方式：第一種叫絕對含水率，或稱含水率。用全乾木材的重量作爲計算基礎，用字母W表示，其計算公式爲：W=(溼材重量-全乾材重量)/全乾材重量*100% 。

第二種叫相對含水率，是用溼材重量作爲計算基礎的，用符號W0表示，計算公式爲：W0=(溼材重量-全乾材重量)/溼材重量*100% 。

在木材幹燥生產中，廣泛採用的是絕對含水率（簡稱含水率）。

什麼叫自由水？什麼叫吸着水？

木材中的毛細管系統有兩大類，即大細管系統和微毛細管系統。木材中的水分就存在於這些毛細管系統之中。

由細胞腔組成的大毛細管系統，對水分的束縛力很小以至無束縛力，水分能夠從大毛細管系統的斷面自由地蒸發出去。因此，把存在於大毛細管系統內的水分，叫做自由水。自由水的增減，只能影響木材的重量、保存和燃燒能力，而不影響木材的性質。

由互相通連的細胞壁構成的微毛細管系統，對水分有程度不同的束縛力，若要使微毛細管系統內的水分向空中蒸發，必須把空氣的溼度降低到一定的程度；或者在加熱條件下加速水分的運動，才能克服微毛細管的束縛力，向空氣中蒸發。同時，微毛細管系統不但在一定的條件下向空氣中蒸發水分，而且也能夠吸收空氣中的水分。因此，把存在於微毛細管系統內的水分，叫做吸着水。吸着水的增減變化，不僅使木材發生膨脹和收縮，而且也影響到木材的其它物理力學性質。

另外，木材中還有一種化合水，它存在於木材的化學成分中。化合水的數理很小，只有在化學加工時，纔有意義。

什麼叫木材的纖維飽和點？

前面已講到，吸着水存在於細胞壁內，而細胞壁能容納水分的空間是有限的，也就是說吸着水的數量有一定限度。在大氣條件下，當自由水已蒸發乾淨，而吸着水還保持着最高量時的木材含水率，叫做"纖維飽和點"，亦稱"吸溼極限"，用W纖表示。

木材的纖維飽和點隨樹種與溫度而異。就多種木材來說，在空氣溫度爲20℃溼度爲100%時。纖維飽和點的含水率W纖的平均值爲30%，變異範圍爲23-33%。

纖維飽和點，隨着溫度的升高而變小。隨着溫度的升高，木材從飽和空氣中吸溼的能力將降低。

木材的纖維飽和點這個概念，在乾燥工藝中經常用到，應當記住。當木材的含水率在纖維飽和以上時（W纖＞30%），木材不產生幹縮；當木材含水率在纖維飽和點以下時（W纖＜30%），其幹縮趨勢呈直線變化，即從含水率30%降低時，每減少1%，而相應的幹縮係數的數值是不變的，只是隨着樹種及弦、徑向的不同而稍有差異。

另外，木材的纖維飽主和點與其導電性有關。全乾木材是良好的絕緣體。溼木材是半導體。當含水率由0%增加到30%左右時，木材的比電導加大達10萬倍以上；含水率從30%增大到最高限度時，比電導的加大不過4倍。

什麼叫木材的平衡含水率？

放置在大氣中的溼木材，它的含水率將隨着時間的延續而逐漸降低。當木材中的水分與大氣中的水分不再進行交換而達到平衡狀態，即水分處於靜止狀態時，木材的含水率即是該溫度、溼度條件下的平衡含水率，以W衡表示。

平衡含水率隨着木材所處的空氣狀態的不同而變化。當空氣的相對溼度升高時，平衡含水率也升高；空氣的相對溼度降低時，平衡含水率也降低；與上述情況相反，當空氣溫度升高時，將使平衡含水率降低。這就是說，隨着溫度的升高，木材的吸溼性將會降低。

木材在由溼變乾和由幹變溼的過程中，在一定的空氣狀態下都逐漸地趨向於平衡含水率。在一般的情況下，由溼變乾的含水率常常稍大於由幹變溼的含水率。這是由於木材的微毛細管系統內的空隙，已有一部分被滲透進來的空氣所佔據，而防礙了木材對水分吸收的緣故。這個現象叫做吸溼滯後或吸收滯後，用ΔW表示。

單板、木屑、刨花等細小木料的吸收滯後的數值極小，可以忽略不計。

氣乾材的吸收滯後的數值不大，實際生產上可以不計。

室幹成材的吸收滯後數值較大。乾燥期間介質的溫度越高，成材的吸收滯後越大。吸收滯後數值的變異範圍在1-5%，平均值爲2.5%。

木材平衡含水率，在實際生產上有一定的意義。某地區的木材在乾燥時，一定要達到該地區的木材平衡含水率範圍。否則，將會影響木材製品的質量。

爲什麼木材各個方向的幹縮程度不一樣？

木材是各向異性的，其幹縮情況也比較複雜。幹縮情況不但隨樹種而不同，就是同一塊木材，縱向、弦向、徑向的幹縮也不一樣，縱向幹縮極小，弦向幹縮最大，徑向幹縮約爲弦向幹縮的1/3-1/2。木材是由許許多多的長細胞組成的。在纖維的飽和點以下，當吸着水減小時，木材細胞長度上的幹縮不如截面的變細來的得大，所以縱向幹縮極小。

弦向幹縮大於徑向幹縮的原因是：（1）木射線細胞在徑向上是它的長度，在弦向上是它的端面，而木射線的橫向幹縮較縱向幹縮大；

（2）木射線沿徑向排列，牽制着其它縱行細胞的收縮，而弦向上就不受這種牽制作用；

（3）有些細胞在幹縮時，弦向受到壓力而徑向卻微有伸長；

（4）木材徑而細胞壁上的紋孔大而多，細胞壁的含量少，也就幹縮小；而木材弦面細胞壁的紋孔小而少，細胞壁的含量多，也就幹縮大。由於木材在各個方向上的幹縮不同，在使用木材時應引起重視，縱向幹縮（沿着纖維方向的幹縮）極小，在工業生產上不考慮留有乾燥餘量；由於一般成材大多都是弦面板，配料時必須留有足夠的幹縮餘量。

在乾燥過程中，由於木材在徑向與弦向的幹縮率不同，在同一含水率階段二者的差別越大，木材發生乾裂的可能性也越大。若徑向與弦向的幹縮率差別在乾燥初期就比較大，木材將會發生表裂，在乾燥中期與後期二者的差別還比較大時，木材將易於產生內裂。爲避免上述現象的發生，在乾燥工藝上就必須採取噴蒸處理（預熱處理、中間處理、後期處理）的措施。

乾燥過程中產生乾燥缺陷的原因是什麼？

在木材幹燥過程中會產生各種缺陷，這些缺陷大多數是能夠防止或減輕的。變形大體上是由樹種、材料等級等因素而決定的；塌陷容易發生在某些樹種靠近髓心的徑向材上；開裂在乾燥初期出現的是端面開裂和表面開裂，乾燥後期發生內部開裂。（1）初期開裂：乾燥初期的開裂有兩種，即端面開裂和表面開裂。端面開裂多數是製材前原木的生長應力和幹縮出現的裂紋。當乾燥條件惡劣時會發生的新的端裂，而且使原來的裂紋進一步擴展。表面開裂會從木材端面延伸到內部。厚度2釐米以下的板發生乾燥初期的表面開裂較厲害，厚度1釐米以下的板材幾乎沒有。表面開裂的原因是因爲表層乾燥後要收縮，但受到了內部的約束。與其有關的因子是木材的乾燥條件、幹縮率、水分移動的難易程度以及材料抵抗變形的能力等。

在同一乾燥條件下，木材的密度越大，越容易產生開裂；弦向材寬度方向的幹縮量約是徑向材的2倍，所以弦向材容易發生表面開裂。

乾燥溫度和表面開裂關係密切。在0-5℃的低溫時容易發生開裂，其主要原因是溫度低、水分擴散係數小、含水率梯度大。所以冬季自然乾燥時，應儘量避免將易開裂的木材暴露在強烈的北風中。

溫度在50℃以上乾燥木時，也容易發生表面開裂。對容易發生細胞塌陷的樹種，用60-75℃進行緩慢乾燥，若幹溼球溫度差急劇增大，容易發生表面開裂。在一定的溫度條件下，對細胞塌陷小，但容易開裂的木材幹燥時，溫度高，容易開裂。因此就該選擇適合的乾燥條件，防止木材發生初期開裂。

（2）塌陷：所謂塌陷主要指因細胞的極端變形使木材出現了異常變形，它是由於細胞腔產生了因水分的變化引起的拉力與壓應力的原因。一般含水率高的木材，乾燥初期若溫度過高時容易發生塌陷。根據樹種不同，塌陷集中的部分會出現板面的凸凹不平現象。爲了避免產生這種缺陷，對於塌陷大的樹種，可經過一段時間的氣幹或用低溫進行乾燥。

（3）內部開裂：乾燥厚度1釐米以下的薄板或用氣乾的方法，幾乎不會發生內部開裂。內部開裂是表面開裂向內發展之後，表面開裂閉合而形成的，也有表面沒有裂紋只在內部發生開裂的情況。弦向材的內裂發生在乾燥末期，是因爲內層沿寬度方向收縮比表面大的原因。內部開裂與乾燥溫度的關係很大。一般乾燥初期溫度較低（50℃左右），表層細胞發生塌陷困難。但是，木材內層在含水率高的狀態下長期受熱，隨着乾燥的進行，乾燥溫度逐漸地上升，細胞塌陷也就加大。所以大多數厚板因內部受熱時間的加長，而容易發生內部開裂。另外，如果幹燥初期乾溼球溫差大，表層張應力就大，再加上內部細胞如果有塌陷，也容易產生內部開裂。

（4）變形：被幹木材的變形主要有橫彎、縱彎、扭曲和翹曲等幾種，主要原因是各部位的收縮不同、不同組織間（如木射線與纖維素、心邊材）的收縮差及其局部塌陷而引起的。

（5）變色：木材經乾燥後都不同程度地會發生變色現象，有的比較嚴重。變色有兩種：一種是由於變色菌、腐朽菌的繁殖而發生了變色；一種是由於木材中含有的成分在溼熱狀態下酸化而造成的變色。用高溫乾燥含水率高的木材時往往會使木材的顏色加深或變暗；有時也會因噴蒸處理時溼度過大或乾燥室長期未清掃而使木材表面變黑。

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